Selama 30 tahun, para ilmuwan telah menyaksikan rawa-rawa garam di Maryland tengah. Yaitu, mereka telah mempelajari bagaimana satu ekosistem Teluk Chesapeake mengambil karbon dioksida dari atmosfer, menyimpan sebagian karbon di bawah tanah dan melepaskan sebagiannya kembali ke udara dalam bentuk gas metana.
Sepanjang jalan mereka telah memanipulasi lingkungan untuk meniru dunia masa depan dengan lebih banyak karbon dioksida atmosfer (CO 2 ), gas rumah kaca yang paling bertanggung jawab untuk pemanasan global, permukaan laut yang lebih tinggi dan lebih banyak nutrisi dalam air dari limpasan yang tercemar. Ketika musim tanam dimulai musim semi ini, mereka akan mengeksplorasi bagian lain dari teka-teki dengan harapan mendapatkan gambaran yang lebih jelas tentang apa yang akan terjadi di masa depan. Mereka ingin tahu apa yang terjadi pada rawa ketika suhu naik.
"Kami telah meningkatkan CO 2 di rawa ini selama 30 tahun, tetapi [meningkat] CO 2 disertai dengan pemanasan, " kata Pat Megonigal, ketua peneliti studi baru di Wetland Research Change Change Global di Smithsonian Environmental Research Center (SERC) . “Udara hangat diterjemahkan dari waktu ke waktu ke tanah. Kami hanya berusaha menyerang bagian itu. ”
Sebagai wakil direktur di Pusat Penelitian Lingkungan, Megonigal mengawasi situs lapangan ini di mana puluhan ilmuwan melakukan eksperimen. Di sini rawa-rawa dipenuhi plot uji yang terlihat seperti kamar plastik bening yang dibangun di atas rerumputan dan rerumputan. Alat-alat plastik menghiasi pemandangan yang dilintasi oleh papan jalan, kabel dan selang. Di sana-sini, trotoar diselingi oleh kotak kayu yang menaungi berbagai stasiun kontrol.
Para peneliti seperti Megonigal telah mempelajari perubahan iklim di rawa seluas 125 acre ini di lahan Rhode River yang belum berkembang selama lebih dari tiga dekade. Apa yang telah mereka pelajari memiliki implikasi penting, tidak hanya untuk masa depan lahan basah, tetapi juga untuk perubahan iklim yang akan datang, karena kehilangan lahan basah seperti rawa-rawa dan rawa dapat melepaskan jutaan ton karbon dioksida ke atmosfer.
Meskipun hanya mengambil empat hingga enam persen dari luas daratan Bumi, lahan basah seperti rawa-rawa, hutan rawa, dan hutan bakau memiliki seperempat dari semua karbon yang tersimpan di tanah Bumi.
Semua tanaman mengambil karbon dioksida dari atmosfer dan mengubah karbon menjadi daun, batang, dan akar. Tetapi karbon dilepaskan kembali ke atmosfer ketika bakteri di tanah membusuk daun jatuh dan bahan tanaman mati lainnya.
Namun, di lahan basah, sering dibanjiri air membuat bakteri pencemar oksigen kekurangan oksigen dan memperlambatnya. Bahan tanaman yang mati tidak membusuk secepat di lingkungan yang lebih kering, sehingga menumpuk, memadat, dan berubah menjadi gambut kaya karbon. Menyimpan karbon dengan cara ini melindungi atmosfer dari meningkatnya karbon dioksida.
Tapi ada sisi gelap dari cerita ini. Kondisi basah yang lembab dipersiapkan untuk fermentasi, yang menghasilkan metana, gas rumah kaca berbasis karbon lain yang 25 hingga 45 kali lebih kuat daripada karbon dioksida. Faktanya, lahan basah merupakan sumber tunggal terbesar dari metana, menghasilkan sekitar 22 persen dari seluruh emisi metana global.
Pada Desember 2015, para pemimpin dari 195 negara telah menandatangani perjanjian di Paris yang membatasi pemanasan global tidak lebih dari 2 derajat Celcius (3, 6 derajat Fahrenheit) di atas tingkat pra-industri. Selain itu, mereka berkomitmen untuk mengejar metode yang akan mengurangi angka itu menjadi 2, 7 derajat Fahrenheit di atas tingkat pra-industri.
Rata-rata di seluruh dunia, suhu telah naik 1, 4 derajat F dalam 120 tahun terakhir, jadi untuk mencapai tujuan ambisius seperti itu akan membutuhkan pengurangan cepat dalam emisi gas rumah kaca global, sesuatu yang tidak dapat dipantau tanpa perhitungan keseimbangan yang cukup akurat dari neraca. antara emisi karbon dan penyimpanan karbon di seluruh dunia. Untuk itu, para pemimpin global harus memahami apa yang terjadi di lahan basah.
"Tidak ada yang bisa diambil dari meja, " kata Virginia Burkett , kepala ilmuwan untuk perubahan iklim dan penggunaan lahan di US Geological Survey. “Semua sistem harus dinilai dalam hal kemampuan mereka untuk menyimpan karbon, bukan hanya emisi saja. Penyerapan karbon, dan bagaimana manusia dapat meningkatkan kemampuan sistem seperti lahan basah untuk menyimpan karbon juga penting untuk dipahami, untuk membuat pengurangan luar biasa yang diproyeksikan, dan diharapkan, dan dilakukan oleh komunitas internasional. "
Para peneliti seperti Pat Megonigal (kiri) telah mempelajari perubahan iklim di rawa seluas 125 acre ini di lahan Rhode River yang belum berkembang selama lebih dari tiga dekade. (Pusat Penelitian Lingkungan Smithsonian) Namun, memasukkan ekosistem alami ke dalam persamaan itu tidak akan mudah.
Berapa banyak karbon lahan basah mengambil, berapa banyak mereka melepaskan, seberapa cepat tanah terakumulasi dan apakah lahan basah pasang surut akan mengimbangi atau ditelan oleh naiknya lautan adalah semua faktor yang saling terkait satu sama lain dan bergantung pada berbagai pengaruh.
Seperti menarik satu garis dalam jaring tali yang kusut, ketika satu lingkaran mengendur, yang lain mengencang, mengubah bentuk keseluruhan bungkusan. Dalam rawa, suhu, salinitas, karbon dioksida, dan polusi yang mengalir di tanah semuanya berubah sekaligus. Selama bertahun-tahun, para ilmuwan telah mengambil simpul, mengurai kompleksitas, tetapi ada jauh lebih banyak untuk dipahami.
Saat eksperimen pemanasan tanah Megonigal berlangsung musim semi ini , ia akan memanaskan panas dari bagian atas tanaman sampai ke dasar zona akar, empat setengah kaki di bawah permukaan.
Pada musim semi, timnya akan menambahkan 30 plot uji baru ke sudut rawa mereka. Dengan menggunakan bank lampu panas inframerah dan jaringan kabel listrik yang tenggelam ke dalam tanah, Megonigal akan menaikkan suhu di plot-plotnya secara bertahap. Peningkatan akan berkisar dari 0 derajat hingga 7, 2 derajat Fahrenheit di atas lingkungan sekitarnya, mendekati kondisi terpanas yang diprediksi untuk tahun 2100 jika tidak ada yang dilakukan untuk mengekang perubahan iklim.
Tujuan utamanya adalah untuk memahami faktor-faktor yang mempengaruhi pembusukan dan akumulasi materi tanaman mati di rawa garam. Jika tanah gambut terbentuk cukup cepat, ia mungkin bisa mengimbangi kenaikan permukaan laut. Jika tidak, rawa bisa tenggelam begitu saja.
Pertanyaannya adalah penggigit kuku bagi masyarakat yang bergantung pada rawa-rawa, yang menyediakan lahan pembibitan untuk ikan komersial yang penting, dan menyangga tanah dataran rendah dari gelombang badai dan gelombang yang menghantam.
Situs lapangan, tempat lusinan ilmuwan melakukan percobaan dihiasi dengan alat plastik dan saling silang oleh jalur jalan, kabel dan selang. (Kimbra Cutlip) Menurut inti tanah, rawa garam di Pusat Penelitian Lingkungan telah bertahan selama 4.000 tahun. Selama waktu itu, Teluk Chesapeake telah naik 15 kaki, dan rawa telah membangun dirinya dengan mantap untuk mengimbangi.
Banyak lahan basah di seluruh dunia melakukan hal yang sama. Tetapi iklim berubah dan permukaan laut naik lebih cepat dari sebelumnya. Selain itu, polusi telah mengubah kimia air dan spesies tanaman dan hewan yang baru saja diperkenalkan mungkin mengubah aspek-aspek penting dari cara fungsi ekosistem. Bahkan jumlah sedimen yang masuk ke lahan basah telah berubah dengan cepat seiring perkembangan manusia di daratan.
Megonigal mengantisipasi penambahan panas akan meningkatkan mikroba di bawah tanah, meningkatkan laju di mana akar dan bahan organik lainnya terurai. Jika demikian, itu bisa menyebabkan tenggelamnya rawa secara perlahan dan pelepasan lebih banyak metana ke atmosfer. Kemudian lagi, mungkin tidak.
Mungkin mikroba yang lebih lambat akan mulai mendominasi, ”kata Stephen Long, profesor ilmu tanaman dan biologi tanaman di University of Illinois dan pemimpin redaksi jurnal Global Change . Atau kombinasi pemanasan dan penambahan karbon dioksida akan menyebabkan tanaman tumbuh lebih cepat daripada yang dapat membusuk, yang keduanya dapat meningkatkan tingkat rawa. "Menjadi sangat sulit untuk memprediksi dengan pasti apa yang akan terjadi, itulah sebabnya mengapa eksperimen seperti ini sangat penting, " katanya.
Long adalah di antara banyak peneliti yang telah melakukan percobaan di situs rawa Smithsonian. Dia mengatakan bahwa pemikiran untuk melakukan pekerjaan seperti ini di lingkungan alami adalah revolusioner ketika percobaan pertama dilakukan 30 tahun yang lalu. Ada begitu banyak faktor yang harus dikendalikan atau diperhitungkan di alam sehingga banyak di komunitas ilmiah berpikir itu tidak dapat dilakukan.
Bert Drake, ahli ekologi tanaman dan ilmuwan senior emeritus di Pusat Penelitian Lingkungan, adalah orang yang membuktikan kesalahan mereka pada tahun 1985.
Pertumbuhan tanaman berkorelasi dengan jumlah karbon yang dibutuhkannya, dan Drake awalnya merancang eksperimen yang elegan untuk memantau pertumbuhan di rawa-rawa. "Saya berkata dengan baik, alih-alih pergi ke sana dan mengukur semua tanaman, kita hanya akan mengukur fluks CO 2, " katanya. "Orang-orang yang meninjau proposal kami berpikir kami memperluas diri melampaui apa yang mereka yakini bisa diterapkan di laboratorium ke lapangan."
Bert Drake, seorang ahli ekologi tanaman dan ilmuwan senior emeritus di Pusat Penelitian Lingkungan, merancang eksperimen elegan untuk memantau pertumbuhan rawa. (Pusat Penelitian Lingkungan Smithsonian) Drake merancang serangkaian ruang silinder terbuka untuk diletakkan di atas rawa-rawa. Dengan diameter sekitar tiga kaki, mereka memiliki rangka pipa aluminium segi delapan dengan dinding plastik bening dan atasan terbuka sehingga mereka tidak akan memerangkap panas seperti rumah kaca. Dia kemudian menyalurkan karbon dioksida ke dalam bilik-bilik itu, menaikkan tingkat ke apa yang diharapkan 100 tahun di masa depan.
"Kita bisa memantau konsentrasi CO 2 yang masuk ke dalam kamar, dan CO 2 di dalam, dan CO 2 yang keluar, " katanya. Hasil langsung menunjukkan bahwa gundukan di kamar Drake tumbuh dengan kekuatan tambahan, siap menyerap karbon dioksida tambahan, sementara rumput tidak berubah. Pola tersebut sesuai dengan apa yang telah dilihat para ilmuwan di laboratorium dan membuktikan metodenya berhasil. Dia telah berhasil mengelola studi terkontrol di lingkungan yang tidak terkendali. Drake sekarang bisa memercayai pengamatan lain tentang bagaimana tanaman menggunakan air dan nutrisi, dan berinteraksi dengan lingkungan mereka yang kaya karbon dioksida. "Dengan pendekatan semacam itu kita bisa mengukur keuntungan bersih dalam karbon atau kerugian, dan melakukannya dalam korelasi dengan suhu, curah hujan, sinar matahari, sebut saja."
Sebagai peragaan bahwa percobaan semacam itu dimungkinkan, Drake tidak pernah mengharapkan proyeknya menjadi fondasi bagi lokasi lapangan yang akan bertahan selama tiga dekade dan menginspirasi pekerjaan serupa di lingkungan lain di seluruh dunia. Sekarang ini adalah studi lapangan terpanjang yang pernah dilakukan tentang efek peningkatan karbon dioksida pada komunitas tanaman, dan itu masih berlangsung.
"Sementara kami telah mempelajarinya, karbon dioksida di atmosfer telah naik sekitar 13 atau 14 persen, " kata Drake. "Permukaan laut naik sekitar 10 atau 15 cm (4 hingga 6 inci)." Terlebih lagi, ia dan lusinan peneliti yang kini melakukan eksperimen di lokasi tersebut telah dapat mengamati rawa melalui berbagai kondisi lingkungan., dari tahun basah hingga kering, dari tahun hangat ke tahun dingin, musim tanam panjang dan musim pendek.
“Memiliki studi terus menerus yang begitu lama benar-benar memberi kami informasi dalam jumlah besar sehingga kami tidak dapat memperoleh cara lain, ” kata Long. “[Drake] mengambil sesuatu yang sama sekali baru ketika dia mengaturnya. Itu adalah hal yang sangat berani untuk dilakukan dan berhasil. "
Salah satu temuan awal Drake adalah bahwa peningkatan karbon dioksida ke rawa menyebabkan peningkatan emisi gas metana. Mereka juga belajar bahwa tanaman sedge tidak menyalip rumput, meskipun kemampuan mereka untuk tumbuh lebih cepat di lingkungan karbon dioksida yang tinggi.
Setiap penemuan menimbulkan lebih banyak pertanyaan, dan situs lapangan tumbuh secara eksponensial. Para ilmuwan seperti Megonigal yang mengikuti Drake, telah meningkatkan desain mereka, mengganti kerangka aluminium yang dilas untuk PVC, memperbesar ruang dan menambahkan lebih banyak dari mereka untuk studi tambahan. Sepanjang jalan, eksperimen baru telah menggali lebih dalam ke interaksi yang kompleks dalam ekosistem.
Pertumbuhan tanaman berkorelasi dengan jumlah karbon yang dibutuhkannya, dan Bert Drake (memeriksa pengukuran) awalnya merancang eksperimen elegan untuk memantau pertumbuhan di rawa-rawa. (Pusat Penelitian Lingkungan Smithsonian) Ketika para ilmuwan meningkatkan nitrogen di tanah untuk mensimulasikan peningkatan limpasan dari tanah, mereka menemukan bahwa tidak semua tanaman bereaksi sama, dan respons mereka berubah tergantung pada karbon dioksida dan air yang tersedia. Selangkah demi selangkah, mereka telah mengacaukan interaksi penting, mencari jendela tentang apa yang terlihat seperti rawa dalam 100 tahun ke depan.
Pada 2015, Megonigal menerbitkan sebuah studi di mana ia dan rekan-rekannya menempatkan tanaman pada ketinggian air yang berbeda untuk melihat bagaimana mereka akan merespons kenaikan permukaan laut. “Kami berharap bahwa ketika rawa mulai tenggelam, ia harus mampu mempertahankan lebih banyak karbon dan benar-benar dapat mengimbangi kenaikan permukaan laut, ” kata Megonigal. Pemikiran mereka adalah bahwa genangan air yang lebih sering akan membuat kadar oksigen rendah di lapisan atas tanah. Itu akan memperlambat mikroba yang membusuk akar tanaman mati dan memungkinkan lebih banyak tanah menumpuk.
Tapi bukan itu yang terjadi. Seperti snorkeling kecil untuk mikroba, akar mengangkut oksigen dari udara ke tanah, yang berarti tidak masalah berapa lama tanah dihabiskan di bawah air. Yang penting adalah berapa banyak akar di sana yang mengantarkan oksigen ke mikroba. Megonigal menemukan bahwa semakin banyak akar yang Anda miliki, semakin banyak pembusukan yang terjadi.
"Cara dekomposisi direpresentasikan dalam model tidak mengatasi pengaruh tanaman, " kata Megonigal. “Jadi model kami, sebagian besar, salah, setidaknya berdasarkan penelitian yang satu ini. Kita perlu fokus pada kombinasi dari hal-hal ini, karena interaksinya yang akan sangat penting untuk memahami perubahan iklim. "
Bagi para pembuat kebijakan, memahami kombinasi faktor-faktor yang mempengaruhi kelangsungan hidup lahan basah adalah lebih dari sekadar mengetahui apa yang akan terjadi. Pengelolaan lahan secara aktif akan menjadi bagian penting dari strategi beberapa negara untuk menjaga pemanasan global.
Menurut Burkett dari US Geological Survey, itu tidak bisa lebih mendesak. “[Lahan basah] secara alami memancarkan metana tetapi mereka juga menyimpan miliaran ton karbon, dan bagaimana mereka dikelola memengaruhi laju penyerapan dan pelepasan karbon.”
Mempertahankan atau mengembalikan hidrologi alami ke lahan basah dapat meningkatkan kemampuan mereka untuk menyimpan karbon, sedangkan mengubahnya menjadi pertanian atau tambak udang dapat melepaskan apa yang disimpan di tanah sebagai karbon dioksida.
“Pesan utama bagi para pembuat kebijakan adalah bahwa lahan basah adalah sistem yang rumit, ” katanya “Untuk meningkatkan penyimpanan karbon jangka panjang dalam sistem lahan basah ini, Anda harus memahami siklus biogeokimia karbon di dalamnya. Itu adalah upaya ilmiah yang akan membantu mendukung komitmen yang dibuat di Paris oleh negara-negara di seluruh dunia. "
Apa yang telah dipelajari para ilmuwan dalam proyek lapangan ini adalah penting, tidak hanya untuk masa depan lahan basah, tetapi juga untuk perubahan iklim yang akan datang, karena kehilangan lahan basah seperti rawa dan rawa dapat melepaskan jutaan ton karbon dioksida ke atmosfer. (Tom Mozdzer)
